DE68907833T2

DE68907833T2 - Friction welding.

Info

Publication number: DE68907833T2
Application number: DE89309420T
Authority: DE
Inventors: John Gilbert Searle
Original assignee: Allwood Searle and Timney Ltd
Current assignee: Allwood Searle and Timney Ltd
Priority date: 1988-09-21
Filing date: 1989-09-15
Publication date: 1994-02-24
Anticipated expiration: 2009-09-16
Also published as: DE68907833D1; WO1990003245A1; US5100044A; ATE91938T1; GB2222975A; GB8822235D0; GB8920902D0; CA1334254C; EP0360512A1; JPH04500631A; GB2222975B; CN1041306A; EP0360512B1

Abstract

A friction welder has a reciprocator (1) with two chambers (7 and 8) each containing hydraulic fluid and separated by a dividing wall (6). A piston (14) on a driven rod (13) is slidable in a hole in the dividing wall and supports a carrier (28) to which a first component (36) is secured. Tow additional rods (9 and 10) extend through the chambers. Enlarged portions (11) thereof extend through holes in end walls (4 and 5) of the chambers. The additional rods are caused to reciprocate with fixed amplitude by Scotch cranks (23 to 26, and 31) driven by a motor (30). The relative phases of the Scotch cranks can be varied by axial movement of a sleeve (35) which engages splined shafts of the cranks, one of sets of splines (35) being helical and the other straight. When the additional rods reciprocate in unison they cause local variations in the interior space of the chambers which cause reciprocation of the piston. The amplitude of reciprocation of the piston is less than that of the additional rods but the force exerted is greater. The first component is held in frictional contact with a stationery second component (37) so that frictional heat is generated between them. When the cranks are 180 DEG out of phase the piston ceases to move and the components become welded together. Reciprocation of the piston and associated parts is balanced by a balancer (2) somewhat similar to the reciprocator, while reciprocation of the additional rods and their extensions (16 and 17) in the balancer are balanced by pivoted counterweight (46).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Erzeugung einer hin- und hergehenden Bewegung zur Verwendung in einer Vorrichtung zum Reibungsschweißen gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Eine derartige Einrichtung zur Erzeugung einer hin- und hergehenden Bewegung ist aus der GB-A- 1 239 531 bekannt.The invention relates to a device for generating a reciprocating movement for use in a friction welding apparatus according to the preamble of claim 1. Such a device for generating a reciprocating movement is known from GB-A-1 239 531.

Bei einer Methode des Reibungsverschweißens zweier Komponenten miteinander wird eine erste der Komponenten mit einer hin- und hergehenden Bewegung beaufschlagt, während sie sich in Kontakt mit der anderen oder zweiten Komponente befindet, wobei die beiden Komponenten zusammengepreßt werden, so daß zwischen den Komponenten Reibungshitze erzeugt wird. Wenn eine ausreichende Hitze erzeugt worden ist, die ausreicht, eine Verschweißung hervorzurufen, wird bewirkt, daß die relative Hin- und Herbewegung der Komponenten zueinander aufhört und die Komponenten werden zusammengepreßt, so daß sie miteinander verschweißen.In one method of friction welding two components together, a first of the components is subjected to a reciprocating motion while in contact with the other or second component, forcing the two components together so that frictional heat is generated between the components. When sufficient heat has been generated to cause a weld, the relative reciprocating motion of the components to each other is caused to cease and the components are pressed together so that they weld together.

Üblicherweise verbleibt die zweite Komponente während der Erzeugung der Reibungshitze stillstehend oder im wesentlichen stillstehend. Bei der folgenden Beschreibung der vorliegenden Erfindung wird angenommen werden, daß die zweite Komponente in der Tat stillstehend oder im wesentlichen stillstehend verbleibt; trotzdem versteht es sich von selbst, daß beim Verwenden der Erfindung die zweite Komponente während der Erzeugung der Reibungshitze auch zur Ausführung einer hin- und hergehenden oder irgendwie anders gearteten Bewegung veranlaßt werden kann.Typically, the second component remains stationary or substantially stationary during the generation of the frictional heat. In the following description of the present invention, it will be assumed that the second component does indeed remain stationary or substantially stationary; nevertheless, it will be understood that in using the invention, the second component may also be used during the generation of the frictional heat to carry out a back and forth or any other kind of movement.

Schwierigkeiten können bei der Gestaltung einer Einrichtung zur Erzeugung einer hin- und hergehenden Bewegung der ersten Komponente auftreten. Die Schwierigkeiten können besonders schwerwiegend sein, wenn die miteinander zu verschweißenden Komponenten aus Metall bestehen und auf eine relativ hohe Temperatur gebracht werden müssen, bevor der Verschweißvorgang bewirkt werden kann. Schwierigkeiten können z.B. durch die Tatsachen auftreten, daß die erste Komponente zur Ausführung einer schnellen Hin- und Herbewegung veranlaßt werden muß, wobei typische Geschwindigkeiten der Hin- und Herbewegung zwischen 1000 und 6000 vollständige Oszillationen pro Minute liegen, daß die zu überwindenden Reibungswiderstandskräfte nicht nur relativ hoch sind, typischerweise zwischen 500 und 1000 kN, sondern sich auch während der Erzeugung von Hitze durch Reibung verändern, und daß die Relativbewegung zwischen den Komponenten schnell gestoppt werden muß wenn die benötigte Temperatur erreicht worden ist, wobei die Komponenten dann in vorbestiinmten relativen Positionen lokalisiert werden müssen, bevor sie miteinander verschweißt werden.Difficulties may arise in the design of a device for producing a reciprocating movement of the first component. The difficulties may be particularly severe when the components to be welded together are made of metal and must be brought to a relatively high temperature before the welding process can be effected. Difficulties may arise, for example, from the fact that the first component must be made to perform a rapid reciprocating motion, with typical reciprocating speeds ranging from 1000 to 6000 complete oscillations per minute, that the frictional resistance forces to be overcome are not only relatively high, typically between 500 and 1000 kN, but also vary during the generation of heat by friction, and that the relative motion between the components must be stopped quickly when the required temperature has been reached, with the components then having to be located in predetermined relative positions before they are welded together.

Eine bekannte Ausführungsform einer Einrichtung zur Erzeugung einer hin- und hergehenden Bewegung ist in der GB 1 239 531 offenbart und umfaßt einen Gleitblock, welcher mit einer Hydraulikkammer an jedem Ende ausgestattet ist. Ein Unter-Druck-Setzen einer ersten Kammer verlagert den Gleitblock in Richtung der zweiten Kammer, und die Zurücknahme des Drucks in der ersten Kammer und das Unter-Druck-Setzen der zweiten verlagert den Gleitbock zurück. Der Gleitbock gleitet innerhalb eines Vorrichtungsrahmens vor und zurück und die Hin- und Herbewegung kann dazu verwendet werden, eine erste Komponente während eines Reibungsverschweißvorganges in eine Hin- und Herbewegung zu versetzen. Das Unter- Druck-Setzen und die Zurücknahme des Drucks wird durch Zapfen hervorgerufen, die in die Hydraulikkainmern eindringen und sich wieder zurückziehen. Die Zapfen werden von rotierenden exzentrischen Elementen angetrieben. Es ist schwierig, die Hin- und Herbewegung der ersten Komponente schnell und akkurat an einer gewünschten Position relativ zu einer anderen Komponente zu stoppen, an welche die erste Komponente anzuschweißen ist.A known embodiment of a device for producing a reciprocating movement is disclosed in GB 1 239 531 and comprises a sliding block which is provided with a hydraulic chamber at each end. Pressurisation of a first chamber displaces the sliding block towards the second chamber and depressurisation of the first chamber and depressurisation of the second displaces the sliding block. The sliding block slides back and forth within a device frame and the reciprocating movement can be used to impart a reciprocating movement to a first component during a friction welding operation. The pressurisation and depressurisation is caused by pins which enter and withdraw from the hydraulic chambers. The pins are driven by rotating eccentric elements. It is difficult to stop the reciprocating movement of the first component quickly and accurately at a desired position relative to another component to which the first component is to be welded.

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung zumindest einige der oben erläuterten Schwierigkeiten zu verringern oder zu überwinden.It is an object of the present invention to reduce or overcome at least some of the difficulties discussed above.

Von einem ersten Aspekt her besteht die vorliegende Erfindung aus einer Einrichtung zur Erzeugung einer hin- und hergehenden Bewegung für die Verwendung in einer Vorrichtung zum Reibungsschweißen, mit ersten und zweiten Kammern von veränderlicher Gestalt zur Aufnahme von Hydraulikflüssigkeit, und mit hin- und herbewegbaren Antriebsmitteln und hin- und herbewegbaren angetriebenen Mitteln, die jeweils so angeordnet sind, daß eine Hin- und Herbewegung eine lokale Veränderung des Volumens der ersten Kammer und eine komplementäre lokale Veränderung des Volumens der zweiten Kammer hervorruft, wobei die Anordnung eine solche ist, daß in Abwesenheit anderer Veränderungen in der Gestalt der Kammern und wenn jede Kammer ein unveränderliches Volumen an Hydraulikflüssigkeit enthält, so daß das Volumen einer jeden Kammer konstant verbleibt, eine Hin- und Herbewegung der Antriebsmittel mit einer beliebigen vorgegebenen Amplitude eine Hin- und Herbewegung der angetriebenen Mittel mit einer kleineren Amplitude aber mit einer erhöhten Kraft hervorruft, wobei die Antriebsmittel eine Mehrzahl einzeln hinund hergehender Elemente umfassen und mit einem sich hinund herbewegenden Mechanismus ausgestattet sind, der ein Hin- und Herbewegen der Elemente mit derselben Frequenz mit unveränderlicher Amplitude hervorruft, dadurch gekennzeichnet, daß auf Grund einer Hin- und Herbewegung jedes hin- und herbewegbare Element eine lokale Veränderung in dem Volumen der ersten Kammer und eine komplementäre lokale Veränderung in dem Volumen der zweiten Kammer hervorruft und daß die Antriebsmittel Einstellmittel umfassen, die eine Justierung der relativen Phase der Hin- und Herbewegung der Elemente erlauben, wodurch die Summe der auf die Hin- und Herbewegung der Elemente jeder Kammer zurückzuführenden lokalen Veränderungen im Volumen nach unten bis zum Wert Null variiert werden kann.From a first aspect, the present invention consists in a reciprocating motion generating device for use in friction welding apparatus, comprising first and second chambers of variable shape for containing hydraulic fluid, and reciprocating drive means and reciprocating driven means, each arranged so that reciprocating motion causes a local change in the volume of the first chamber and a complementary local change in the volume of the second chamber, the arrangement being such that, in the absence of other changes in the shape of the chambers and when each chamber contains a fixed volume of hydraulic fluid so that the volume of each chamber remains constant, reciprocating motion of the drive means at any predetermined amplitude causes reciprocating motion of the driven means at a smaller amplitude but with an increased force, the drive means comprising a plurality of individually reciprocating elements and being provided with a reciprocating mechanism which causes reciprocating motion of the elements at the same frequency with a constant amplitude, characterized in that, due to a reciprocating movement, each reciprocating element causes a local change in the volume of the first chamber and a complementary local change in the volume of the second chamber, and in that the drive means comprise adjustment means which enable adjustment of the relative phase of the reciprocating movement of the elements which allows the sum of the local changes in volume due to the reciprocating motion of the elements of each chamber to be varied downwards to zero.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Einrichtung zur Erzeugung einer hin- und hergehenden Bewegung sind die ersten und zweiten Kammern auf gegenüberliegenden Seiten einer gemeinsamen Trennwand angeordnet und die Antriebsmittel erstrecken sich durch ein Loch oder Löcher in der Trennwand. Gleichermaßen sind in einer bevorzugten Ausführungsform die ersten und zweiten Kammern auf gegenüberliegenden Seiten einer gemeinsamen Trennwand angeordnet und die angetriebenen Mittel erstrecken sich durch ein Loch in jener Trennwand. Wenn, wie bevorzugt, beide dieser bevorzugten Ausführungsformen angenommen sind, sind die Löcher bevorzugterweise in derselben gemeinsamen Trennwand eingearbeitet.In a preferred embodiment of the means for producing a reciprocating movement, the first and second chambers are arranged on opposite sides of a common partition and the drive means extend through a hole or holes in the partition. Likewise, in a preferred embodiment, the first and second chambers are arranged on opposite sides of a common partition and the driven means extend through a hole in that partition. If, as preferred, both of these preferred embodiments are adopted, the holes are preferably machined in the same common partition.

Lokale Veränderungen im Volumen der Kammer, wie zu ihnen im obigen Bezug genommen wurde, können durch eine Verschiebbewegung einer Komponente in einem Loch in der Wand der Kammer hervorgerufen werden. Alternativ können sie durch Bewegungen eines Balgenkörpers, einer Druckdose oder dergleichen bewirkt werden. Die Herstellung und die Montage einer Vorrichtung, bei welcher Komponenten verschiebbar in Löchern gelagert sind, kann relativ einfach sein, obwohl unter Umständen Dichtungsausbildungen und/oder Gleitdichtungen benötigt werden, um sicherzustellen, daß kein nennenswerter Verlust an Flüssigkeit aus der betreffenden Kammer stattfindet. Die Verwendung eines Balgenkörpers oder einer Druckdose oder einer ähnlichen Einrichtung ist im allgemeinen komplizierter, aber ermöglicht eine derartige Ausbildung von Dichtungen, daß nur eine kleine oder keine Möglichkeit für die Flüssigkeit verbleibt aus der betreffenden Kammer zu entweichen.Local changes in the volume of the chamber, as referred to above, may be brought about by sliding movement of a component in a hole in the wall of the chamber. Alternatively, they may be brought about by movements of a bellows body, a pressure can or the like. The manufacture and assembly of a device in which components are slidably mounted in holes may be relatively simple, although sealing arrangements and/or sliding seals may be required to ensure that no appreciable loss of liquid from the chamber in question takes place. The use of a bellows body or a pressure can or similar device is generally more complicated, but enables seals to be designed in such a way that little or no opportunity remains for the liquid to escape from the chamber in question.

Ein Vorteil einer Einrichtung zur Erzeugung einer hinund hergehenden Bewegung, welche die vorliegende Erfindung beinhaltet, ist, daß sie Hin- und Herbewegungen der Antriebsmittel, die mit einer relativ großen Amplitude, aber unter Ausübung von nicht übermäßig großen Kräften erfolgen, ermöglicht, um in einer Hin- und Herbewegung der angetriebenen Mittel mit einer kleineren Amplitude, so wie sie zum Reibungsschweißen angemessen ist, resultiert, die jedoch mit einer größeren Kraft ausgeübt wird, mit welcher ermöglicht wird, daß die erste Komponente den Widerstand, der ihr während der Reibungserzeugung von Hitze entgegen tritt, überwindet.An advantage of a device for generating a reciprocating movement, which includes the present invention, is that it allows reciprocating movements of the drive means which have a relatively large amplitude, but by exerting forces which are not excessively great, so as to result in a reciprocating movement of the driven means with a smaller amplitude, such as is appropriate for friction welding, but exerted with a greater force which enables the first component to overcome the resistance encountered during the frictional generation of heat.

Bei der Durchführung des Reibungsverschweißens ist es üblicherweise wünschenswert und in der Tat oft notwendig, die ersten und zweiten Komponenten in vorbestimmte relative Positionen zu bringen, nachdem sie erhitzt worden sind, jedoch bevor sie zusammengeschweißt werden. Eine bevorzugte Ausführungsform einer Einrichtung zur Erzeugung einer hinund hergehenden Bewegung ist eine solche, die es ermöglicht, die Amplitude der Hin- und Herbewegung der angetriebenen Mittel schnell aber gleichmäßig zu einem geeigneten Zeitpunkt des Verfahrens auf Null zu reduzieren. Wenn eine mit dem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung übereinstimmende Vorrichtung verwendet wird, kann dies durch eine Reduzierung der Amplitude der Hin- und Herbewegung der Antriebsmittel bewirkt werden. Dies kann mit Hilfe eines einen variablen Hub aufweisenden Kurbelmechanismus erfolgen.In carrying out friction welding it is usually desirable, and indeed often necessary, to place the first and second components in predetermined relative positions after they have been heated but before they are welded together. A preferred embodiment of means for producing reciprocating motion is one which enables the amplitude of reciprocating motion of the driven means to be rapidly but smoothly reduced to zero at an appropriate time in the process. When apparatus in accordance with the first aspect of the present invention is used, this may be accomplished by reducing the amplitude of reciprocating motion of the drive means. This may be accomplished by means of a crank mechanism having a variable stroke.

Es gibt vorzugsweise zwei hin- und herbewegbare Elemente, die so angeordnet sind, daß sie in dieser Weise arbeiten. Es wäre, zumindest theoretisch, möglich mehr als zwei hin- und herbewegbare Elemente zu verwenden, jedoch wäre dies üblicherweise unnötig kompliziert.There are preferably two reciprocating elements arranged to operate in this way. It would be possible, at least theoretically, to use more than two reciprocating elements, but this would usually be unnecessarily complicated.

Die Hin- und Herbewegung jedes dieser Elemente ist vorzugsweise eine einfache harmonische Bewegung, so daß die Summe der lokalen Veränderungen des Volumens einer jeden Kammer zuzüglich zu der Hin- und Herbewegung der Elemente selbst von einfacher harmonischer Form ist, nämlich die Summe von einfachen harmonischen Veränderungen derselben Frequenz. Daher ist die resultierende Hin- und Herbewegung der angetriebenen Mittel ebenfalls von der der Form einer einfachen harmonischen Bewegung, sofern jedwede andere lokalen Veränderungen in dem Volumen jeder Kammer fehlen.The reciprocating motion of each of these elements is preferably a simple harmonic motion, so that the sum of the local variations in the volume of each chamber, in addition to the reciprocating motion of the elements themselves, is of a simple harmonic form, namely the sum of simple harmonic variations of the same frequency. Therefore, the resulting reciprocating motion of the driven means is also of the form of a simple harmonic motion, provided that any other local Changes in the volume of each chamber are absent.

Jedes der hin- und herbewegbaren Elemente ist vorzugsweise mit einem zugeordneten Umwandlungsmechanismus ausgestattet, welcher die Drehung eines zugeordneten Drehbauteils in die benötigte Hin- und Herbewegung für das betreffende Element bewirkt, wobei eine gemeinsame Drehankopplung zur Drehung der Drehglieder vorgesehen ist und die Justiermittel zum Verändern des relativen Winkels oder der Drehposition der Drehbauteile während ihrer Drehung zur Wirkung bringbar sind. Der Umwandlungsmechanismus kann eine Kurbeleinrichtung (Scotch crank) oder dergleichen umfassen.Each of the reciprocating elements is preferably equipped with an associated conversion mechanism which causes the rotation of an associated rotary member into the required reciprocating movement for the respective element, a common rotary coupling being provided for rotating the rotary members and the adjusting means being operable to change the relative angle or rotational position of the rotary members during their rotation. The conversion mechanism may comprise a crank device (Scotch crank) or the like.

Wenn eine Einrichtung zur Erzeugung einer hin- und hergehenden Bewegung der oben beschriebenen Art in Gebrauch ist, gibt es resultierende hin- und hergehende Kräfte, die, wenn sie nicht ausbalanciert werden, auf den Unterbau, den Rahmen oder einem anderen feststehenden Teil ausgeübt werden. Im Hinblick darauf dieses Problem zu überwinden oder zumindest zu verringern, ist die Einrichtung zur Erzeugung einer hin- und hergehenden Bewegung vorzugsweise mit einer Ausbalancierungseinrichtung ausgestattet. Die Ausbalancierungseinrichtung umf aßt vorzugsweise eine Gegengewichtsanordnung und Antriebsmittel, die eine Bewegung der Gegengewichtsanordnung entgegengesetzt zu der hin- und hergehenden Bewegung einer Komponente der Einrichtung zur Erzeugung einer hin- und hergehenden Bewegung bewirken.When a reciprocating device of the type described above is in use, there are resulting reciprocating forces which, if not balanced, are exerted on the base, frame or other fixed member. With a view to overcoming or at least reducing this problem, the reciprocating device is preferably provided with a balancing device. The balancing device preferably comprises a counterweight arrangement and drive means which cause movement of the counterweight arrangement opposite to the reciprocating movement of a component of the reciprocating device.

Die Gegengewichtsanordnung kann in einer für eine Hinund Herbewegung geeigneten Weise montiert sein und mit einer hin- und hergehenden Komponente der Einrichtung zur Erzeugung einer hin- und hergehenden Bewegung über die Verbindung über eine drehbar gelagerte Wippenanordnung mit der Gegengewichtsanordnung und mit der hin- und hergehenden Komponente durch flexible Elemente verbunden sein, welche sich während des Gebrauchs biegen und eine relative Bewegung zwischen der Wippenanordnung und der Gegengewichtsanordnung und zwischen der Wippenanordnung und der hin- und hergehenden Komponente aufnehmen. Alternativ kann die Ausbalancierungseinrichtung erste und zweite Kammern umfassen, sowie hin- und herbewegbare Antriebsmittel und angetriebene Mittel, die ähnlich zu jenen der Einrichtung zur Erzeugung einer hin- und hergehenden Bewegung sind, jedoch wirksam eine Bewegung der angetriebenen Mittel der Ausbalancierungseinrichtung hervorrufen, die entgegengesetzt zu jener der Antriebsmittel der Einrichtung zur Erzeugung einer hin- und hergehenden Bewegung gerichtet ist um so die hin- und hergehenden Kräfte, welche durch die angetriebenen Mittel der Einrichtung zur Erzeugung einer hin- und hergehenden Bewegung erzeugt werden, auszubalancieren.The counterweight assembly may be mounted in a manner suitable for reciprocating movement and connected to a reciprocating component of the means for producing reciprocating movement by the connection via a pivotally mounted rocker assembly to the counterweight assembly and to the reciprocating component by flexible elements which flex during use and accommodate relative movement between the rocker assembly and the counterweight assembly and between the rocker assembly and the reciprocating component. Alternatively, the balancing device may comprise first and second chambers, and and reciprocable drive means and driven means similar to those of the means for producing a reciprocating motion but effective to cause a movement of the driven means of the balancing means opposite to that of the drive means of the means for producing a reciprocating motion so as to balance the reciprocating forces produced by the driven means of the means for producing a reciprocating motion.

Die Antriebsmittel der Ausbalancierungseinrichtung können auf ähnliche Weise veranlaßt werden, in einer zu den Antriebsmitteln der Einrichtung zur Erzeugung einer hin- und hergehenden Bewegung gleichen Art, jedoch entgegengesetzt, hin- und herzugehen. In einer bevorzugten Ausführungsform der Einrichtung zur Erzeugung einer hin- und hergehenden Bewegung jedoch werden die Antriebsmittel der Ausbalancierungseinrichtung im Gleichlauf mit den Antriebsmitteln der Einrichtung zur Erzeugung einer hin- und hergehenden Bewegung angetrieben, wobei die Bewegung der gemeinsamen Antriebsmittel weitestgehend oder vollständig durch eines oder mehrere Ausgleichsgewichte, die entgegengesetzt zu den Antriebsmitteln bewegt werden, ausbalanciert ist.The drive means of the balancing device can be caused in a similar way to move back and forth in a manner similar to, but opposite to, the drive means of the device for generating a reciprocating movement. However, in a preferred embodiment of the device for generating a reciprocating movement, the drive means of the balancing device are driven in synchronism with the drive means of the device for generating a reciprocating movement, the movement of the common drive means being largely or completely balanced by one or more counterweights which are moved opposite to the drive means.

Welche Ausführungsform der Einrichtung zur Erzeugung einer hin- und hergehenden Bewegung auch verwendet wird, sie umfaßt vorzugsweise ein oder mehrere Schwungräder, die im Falle von Anderungen des Reibungswiderstandes zwischen den zu verschweißenden Komponenten Energie abgeben oder aufnehmen und zyklische Veränderungen der Winkelgeschwindigkeit reduzieren, die dazu neigen aufzutreten, wenn kinetische Energie zwischen hin- und hergehenden und drehenden Teilen ausgetauscht wird. Wenn eine Kurbeleinrichtung (Skotch crank) oder ein ähnlicher Umwandlungsmechanismus gebraucht wird, ist es in jedem Fall notwendig oder zumindest sehr wünschenswert, ein oder mehrere Schwungräder vorzusehen. Um das Auftreten nicht ausbalancierter Kräfte zu reduzieren oder zu vermeiden, ist jede Kurbeleinrichtung (Skotch crank) oder jeder ähnliche Umwandlungsmechanismus vorzugsweise mit zwei oder mehreren Schwungrädern ausgestattet, die so angeordnet sind, daß ihr Schwerpunkt in derselben Ebene wie die Zentralebene der Kurbel oder eines anderen Umwandlungsmechanismus, die senkrecht zur Rotationsachse liegt, befindet.Whichever form of reciprocating motion generating means is used, it preferably comprises one or more flywheels which will release or absorb energy in the event of changes in frictional resistance between the components to be welded and reduce cyclical changes in angular velocity which tend to occur when kinetic energy is exchanged between reciprocating and rotating parts. When a Skotch crank or similar conversion mechanism is used, it is in any case necessary or at least highly desirable to provide one or more flywheels. In order to reduce or avoid the occurrence of unbalanced forces, each Skotch crank or any similar conversion mechanism preferably equipped with two or more flywheels arranged so that their centre of gravity is in the same plane as the central plane of the crank or other conversion mechanism which is perpendicular to the axis of rotation.

Von einem zweiten Aspekt her besteht die vorliegende Erfindung aus einer Vorrichtung zum Reibungsschweißen zur Verwendung beim Zusammenschweißen erster und zweiter Komponenten und umfaßt eine mit dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung übereinstimmende Einrichtung zur Erzeugung einer hin- und hergehenden Bewegung, ein erstes Tragmittel zum Aufnehmen der ersten Komponente, welches so mit den angetriebenen Mitteln gekoppelt ist, daß es im Betrieb durch die angetriebenen Mittel hin- und herbewegt wird, ein zweites Tragmittel zum Aufnehmen der zweiten Komponente und Mittel, mittels derer das zweite Tragmittel gegen das erste Tragmittel andrückbar ist, so daß während des Betriebs die von den Tragmitteln aufgenommene erste und zweite Komponente zusammengepreßt werden.From a second aspect, the present invention consists in a friction welding apparatus for use in welding first and second components together, comprising means for producing a reciprocating movement consistent with the first aspect of the present invention, a first support means for receiving the first component, which is coupled to the driven means so that in use it is moved back and forth by the driven means, a second support means for receiving the second component, and means by which the second support means can be pressed against the first support means so that in use the first and second components received by the support means are pressed together.

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden anhand von Beispielen unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen beschrieben, in welchen:Embodiments of the present invention will now be described by way of example with reference to the accompanying drawings, in which:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Draufsicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Reibungsschweißen darstellt,Fig. 1 is a partially sectioned plan view of a friction welding device according to the invention,

Fig. 2 zeigt in einem vergrößerten Maßstab einen Schnitt entlang der Linie 2-2 in Fig. 1, wobei jedoch die Antriebswelle um 90º gedreht ist,Fig. 2 shows on an enlarged scale a section along the line 2-2 in Fig. 1, but with the drive shaft rotated by 90º,

Fig. 3 ist eine Draufsicht eines Teils einer geänderten Ausführungsform der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung,Fig. 3 is a plan view of a portion of a modified embodiment of the device shown in Fig. 1,

Fig. 4 ist eine Seitenansicht eines anderen Teils dieser geänderten Ausführungsform der Vorrichtung,Fig. 4 is a side view of another part of this modified embodiment of the device,

Fig. 5 zeigt Zentriermittel zur Verwendung mit der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung undFig. 5 shows centering means for use with the device shown in Fig. 1 and

Fig. 6 ist ein Schnitt durch eine alternative Einrichtung zur Erzeugung einer Hin- und Herbewegung der Antriebsmittel.Fig. 6 is a section through an alternative device for generating a reciprocating movement of the drive means.

Die dargestellte Vorrichtung umfaßt eine Einrichtung zur Erzeugung einer hin- und hergehenden Bewegung 1 und eine Balanciereinrichtung 2. Die Einrichtung zur Erzeugung einer hin- und hergehenden Bewegung 1 umfaßt ein Gehäuse 3, welches zwei parallele Außenwände 4 und 5 sowie eine auf halbem Wege zwischen den Außenwänden befindliche Trennwand 6 aufweist. Die Trennwand 6 teilt das Innere des Gehäuses in eine erste Kammer 7 und eine zweite Kammer 8. Die Trennwand 6 ist beiden Kammern gemeinsam und ist mit verschiedenen sich durch sie hindurcherstreckenden Löchern ausgestattet, wie im Einzelnen weiter unten beschrieben werden wird. Jede der Kammern beinhaltet Hydraulikflüssigkeit; die Menge an Flüssigkeit in jeder Kammer verbleibt während des Betriebs der Vorrichtung konstant oder im wesentlichen konstant, wie weiter unten im Einzelnen beschrieben wird.The device shown comprises a means for generating a reciprocating movement 1 and a balancing means 2. The means for generating a reciprocating movement 1 comprises a housing 3 which has two parallel outer walls 4 and 5 and a partition 6 located halfway between the outer walls. The partition 6 divides the interior of the housing into a first chamber 7 and a second chamber 8. The partition 6 is common to both chambers and is provided with various holes extending therethrough, as will be described in detail below. Each of the chambers contains hydraulic fluid; the amount of fluid in each chamber remains constant or substantially constant during operation of the device, as will be described in detail below.

Ein hin- und herbewegbares Antriebsmittel erstreckt sich durch das Gehäuse und umfaßt zwei parallele Triebstangen 9 und 10. Jede dieser Triebstangen erstreckt sich durch in Außenwänden 4 und 5 und in der zentralen Trennwand 6 des Gehäuses 3 fluchtend angeordneten Löchern. Jene Teilstücke 11, die sich durch die Löcher in den Außenwänden 4 und 5 erstrecken, weisen einen größeren Durchmesser als die zentralen Teilstücke 12 jeder Triebstange auf, die sich durch ein Loch in der Trennwand 6 erstreckt. Auch hin- und herbewegbare angetriebene Mittel erstrecken sich durch das Gehäuse und umfassen eine Triebstange 13, welche einen Kolben l4 trägt, der einen Laufsitz mit dem zentralen Loch in der Trennwand 6 bildet. Teile der Triebstange 13 auf beiden Seiten des Kolbens erstrecken sich durch fluchtend angeordnete zentrale Löcher in den Außenwänden 4 und 5 des Gehäuses.Reciprocating drive means extends through the housing and comprises two parallel drive rods 9 and 10. Each of these drive rods extends through aligned holes in outer walls 4 and 5 and in the central partition 6 of the housing 3. Those portions 11 which extend through the holes in the outer walls 4 and 5 are of a larger diameter than the central portions 12 of each drive rod which extends through a hole in the partition 6. Reciprocating driven means also extend through the housing and comprise a drive rod 13 which carries a piston 14 which forms a running seat with the central hole in the partition 6. Portions of the drive rod 13 on either side of the piston extend through aligned central holes in the outer walls 4 and 5 of the housing.

Die Ausbalancierungseinrichtung 2 ist im wesentlichen der Einrichtung zur Erzeugung einer hin- und hergehenden Bewegung 1, hinsichtlich ihrer Konstruktion gleichartig, indem sie ein zu dem Gehäuse 3 gleichartiges Gehäuse 15, Antriebsmittel mit zwei parallelen Triebstangen 16 und 17 sowie angetriebene Mittel mit einer Triebstange 18 und einem Kolben 19 umfaßt. Die Triebstangen 16 und 17 sind mit den Triebstangen 9 bzw. 10 fluchtend angeordnet. Jede der Triebstangen 16 und 17 umfaßt ein denselben Durchmesser wie das Teilstück 11 aufweisendes Teilstück 20, welches sich durch ein Loch in der Trennwand 21 des Gehäuses 15 erstreckt, wobei jene Teilstücke der Triebstangen 16 und 17, die sich durch Löcher in den Außenwänden des Gehäuses 15 erstrecken, denselben Durchmesser wie die zentralen Teilstücke 12 der Triebstangen 9 und 10 aufweisen.The balancing device 2 is essentially similar to the device for generating a reciprocating movement 1 in terms of its construction in that it comprises a housing 15 similar to the housing 3, drive means with two parallel drive rods 16 and 17 and driven means comprising a drive rod 18 and a piston 19. The drive rods 16 and 17 are arranged in alignment with the drive rods 9 and 10 respectively. Each of the drive rods 16 and 17 comprises a section 20 having the same diameter as the section 11 which extends through a hole in the partition wall 21 of the housing 15, those sections of the drive rods 16 and 17 which extend through holes in the outer walls of the housing 15 having the same diameter as the central sections 12 of the drive rods 9 and 10.

Die Triebstange 18 der angetriebenen Mittel trägt ein Gegengewicht 22, um so das Gesamtgewicht der angetriebenen Mittel der Ausbalancierungseinrichtung dem Gesamtgewicht der angetriebenen Mittel der Einrichtung zur Erzeugung einer hin- und hergehenden Bewegung anzugleichen.The drive rod 18 of the driven means carries a counterweight 22 so as to equalize the total weight of the driven means of the balancing device to the total weight of the driven means of the device for generating a reciprocating movement.

Die aneinander grenzenden Enden der Triebstangen 9 und 16 sind mit einer gleichartigen Kurbeleinrichtung (Scotch crank mechanism) verbunden, welcher einen Zentralkörper 23 umfaßt, an dem eine Querausnehmung 24 vorgesehen ist, welche Gleitbahnen für einen Gleitblock bildet, welcher Gleitstücke 25 aufweist, die von einer Hülse 26 vorspringen. Die Hülse ist auf einem exzentrisch sich zwischen einem Paar von Schwungrädern 28 erstreckenden Zapfen 27 montiert. Die Schwungräder sind auf einer Antriebswelle 29 gelagert und werden von einem Motor 30 rotiert. Aneinandergrenzende Enden der Triebstangen 10 und 17 sind mit einer vergleichbaren Kurbeleinrichtung (Scotch crank mechanism) verbunden, welcher einen Zentralkörper 31 mit einer Querausnehmung für einen sich exzentrisch zwischen auf einer Welle 34 angeordneten Schwungrädern 33 erstreckenden Zapfen 32 umfaßt. Die aneinandergrenzenden Endbereiche der Wellen 29 und 34 sind mit Außenverzahnung versehen; jene auf der Welle 29 ist parallel zur Rotationsachse ausgerichtet, jedoch jene auf der Welle 34 ist um 300 geneigt zu der Längsachse der Wellen angeordnet. Die Endbereiche der Wellen ragen in eine Hülse 35 hinein, welche im Innern mit Verzahnungen versehen ist, die sich mit jenen auf den Wellen ergänzen. Um eine Justierung der axialen Position der Hülse zu ermöglichen, ist ein hydraulischer Druckkolben vorgesehen. Es wird erkannt werden, daß eine axiale Bewegung der Hülse eine relative Drehbewegung zwischen den Wellen erzeugt, so daß ihre relativen Drehpositionen dabei verändert werden. Die Neigung der Keilverzahnung ist eine solche, die eine durch ein auf sie durch die Wellen 29 und 34 ausgeübtes Drehmoment hervorgerufene Verschiebung der Hülse verhindert. Von 300 verschiedene Neigungswinkel können natürlich, falls erwünscht, verwendet werden.The adjacent ends of the connecting rods 9 and 16 are connected to a similar crank device (Scotch crank mechanism) which comprises a central body 23 on which a transverse recess 24 is provided which forms sliding paths for a sliding block which has sliding pieces 25 which project from a sleeve 26. The sleeve is mounted on a pin 27 which extends eccentrically between a pair of flywheels 28. The flywheels are mounted on a drive shaft 29 and are rotated by a motor 30. Adjacent ends of the connecting rods 10 and 17 are connected to a similar crank device (Scotch crank mechanism) which comprises a central body 31 with a transverse recess for a pin 32 which extends eccentrically between flywheels 33 arranged on a shaft 34. The adjacent end regions of the shafts 29 and 34 are provided with external teeth; that on the shaft 29 is aligned parallel to the axis of rotation, but that on the shaft 34 is arranged at an angle of 300 to the longitudinal axis of the shafts. The end areas of the shafts protrude into a sleeve 35, which is provided with teeth on the inside that complement those on the shafts. In order to adjust To enable the axial position of the sleeve to be varied, a hydraulic pressure piston is provided. It will be appreciated that axial movement of the sleeve produces relative rotational movement between the shafts so as to change their relative rotational positions. The inclination of the splines is such as to prevent displacement of the sleeve caused by a torque exerted on them by the shafts 29 and 34. Inclination angles other than 30° can of course be used if desired.

Die Arbeitsweise der Vorrichtung, soweit wie beschrieben, ist die Folgende. Die Hülse 35 ist in einer Endposition justiert, in welcher die exzentrischen Zapfen 27 und 32 axial zueinander fluchten, und der Motor 30 bewirkt eine Rotation der Wellen 29 und 34. Die Kurbeleinrichtungen (Scotch crank) bewirken, daß sich die Triebstangen 9,10,16 und 17 im Gleichlauf hin- und herbewegen. Die resultierende Bewegung der vergrößerten Teilbereiche 11 der Triebstangen 9 und 10 bewirken lokale Veränderungen des Volumens der Kammern 7 und 8. Wenn sich z.B. die Triebstangen 9 und 10, wie in Fig. 1 zu sehen, nach rechts verlagern, bewirkt das weitere Eindringen des vergrößerten Teilstücks 11 in die erste Kammer 7 eine lokale Verringerung des Volumens dieser Kammer, wogegen die gleichzeitige Bewegung des vergrößerten Teilstücks aus der zweiten Kammer 8 heraus einen entgegengesetzten lokalen Anstieg des Volumens der zweiten Kammer bewirkt. Da jedoch das Gesamtvolumen jeder der ersten und zweiten Kammern konstant verbleibt und in folge der Tatsache, daß die sie füllende Hydraulikflüssigkeit praktisch inkompressibel ist, wird bewirkt, daß sich der Kolben 14 um eine relativ kleine Strecke nach rechts bewegt. Wenn die Triebstangen 9 und 10 sich zueinander in Phase hin- und herbewegen, ist das Verhältnis des von jedem der Triebstangen 9 und 10 zurückgelegten Weges zu dem Weg, welcher dadurch die Triebstange 13 zurückgelegt hat, gleich dem Verhältnis zwischen dem gemeinsamen Rauminhalt der herausstehenden Endbereiche von zwei der vergrößerten Teilbereiche 11 zu dem Raum des herausstehenden Endbereichs des Kolbens 14.The operation of the device, so far as described, is as follows. The sleeve 35 is adjusted in an end position in which the eccentric pins 27 and 32 are axially aligned with one another, and the motor 30 causes rotation of the shafts 29 and 34. The crank devices (Scotch crank) cause the connecting rods 9, 10, 16 and 17 to move back and forth in unison. The resulting movement of the enlarged portions 11 of the connecting rods 9 and 10 cause local changes in the volume of the chambers 7 and 8. If, for example, the connecting rods 9 and 10 move to the right, as can be seen in Fig. 1, the further penetration of the enlarged portion 11 into the first chamber 7 causes a local reduction in the volume of this chamber, whereas the simultaneous movement of the enlarged portion out of the second chamber 8 causes an opposite local increase in the volume of the second chamber. However, since the total volume of each of the first and second chambers remains constant and due to the fact that the hydraulic fluid filling them is practically incompressible, the piston 14 is caused to move a relatively small distance to the right. When the connecting rods 9 and 10 reciprocate in phase with each other, the ratio of the distance travelled by each of the connecting rods 9 and 10 to the distance travelled thereby by the connecting rod 13 is equal to the ratio between the combined volume of the projecting end portions of two of the enlarged portions 11 to the space of the protruding end portion of the piston 14.

Das Verhältnis kann zwischen vier und acht betragen. Wie im Vorangegangenen erwähnt, führt die Anordnung zu einem Arbeitsgewinn, welcher, zumindest theoretisch, denselben Wert wie jenes Verhältnis hat. Der Druckkolben wird betrieben, um die Hülse 35 axial zu verschieben. Wenn die Hin- und Herbewegung der Triebstangen nach und nach in der Phase verschoben werden, wird das Verhältnis der von jedem der Triebstangen 9 und 10 zurückgelegten Strecke zu der dadurch von der Triebstange 13 zurückgelegten Strecke nach und nach kleiner, wobei der Arbeitsgewinn ansteigt.The ratio may be between four and eight. As previously mentioned, the arrangement results in a work gain which, at least theoretically, has the same value as that ratio. The pressure piston is operated to axially displace the sleeve 35. As the reciprocating motion of the rods is gradually shifted in phase, the ratio of the distance traveled by each of the rods 9 and 10 to the distance traveled thereby by the rod 13 becomes progressively smaller, with the work gain increasing.

Eine Bewegung der Triebstangen 16 und 17 hat einen zu denjenigen aus der Bewegung der Triebstangen 9 und 10 resultierenden vergleichbaren Effekt, jedoch wird der Kolben 19 in der entgegengesetzten Richtung zu dem Kolben 14 infolge der Verlagerung des vergrößerten Teilstücks 20 verschoben.A movement of the connecting rods 16 and 17 has a comparable effect to that resulting from the movement of the connecting rods 9 and 10, but the piston 19 is displaced in the opposite direction to the piston 14 due to the displacement of the enlarged portion 20.

Die Vorrichtung ist so veranschaulicht, wie sie zum Zusammenschweißen zweier Komponenten 36 und 37 aufgebaut ist. Die erste Komponente 36 ist an einem Arm eines L-förmigen Trägers 38 befestigt, dessen anderer Arm mit einem vorstehenden Ende der Triebstange 13 verbunden ist. Die zweite Komponente 37 ist zwischen Rollführungen 39 angeordnet, so daß sie zwar zur ersten Komponente hin bewegt werden kann, jedoch an Querbewegungen gehindert ist. Ein hydraulischer Druckkolben 40 umfaßt eine Kolbenstange 41, welche auf die zweite Komponente 37 drückt und diese in einen Kontakt mit der ersten Komponente 36 drückt, und einen Zylinder 42, welcher eine Rückstoßkraft auf einen Querbügel 43 ausübt. Die Enden des Bügels 23 sind mittels flexibler Metallstäbe 44 mit den Enden eines ähnlichen Querbügels 45 verbunden, welcher sich hinter dem Träger 38 erstreckt. Während des Gebrauchs werden die Rückstoßkräfte auf die Querbügel 43 und 45 übertragen, so daß die flexiblen Stäbe 44 unter Spannung stehen, sobald der Druckkolben 40 betrieben wird um die zweite Komponente 37 in Kontakt mit der ersten Komponente 36 zu bringen. Daher werden keine Rückstoßkräfte auf den Rahmen oder den Unterbau der Vorrichtung übertragen. Es wird verdeutlicht werden, daß die Kontaktebene zwischen den Komponenten 36 und 37 die Längsachse der Triebstange 13 enthält.The apparatus is illustrated as being constructed for welding two components 36 and 37 together. The first component 36 is attached to one arm of an L-shaped bracket 38, the other arm of which is connected to a projecting end of the drive rod 13. The second component 37 is arranged between rolling guides 39 so that it can be moved towards the first component but is prevented from moving transversely. A hydraulic pressure piston 40 comprises a piston rod 41 which presses on the second component 37 and forces it into contact with the first component 36, and a cylinder 42 which exerts a recoil force on a crossbar 43. The ends of the bracket 43 are connected by means of flexible metal rods 44 to the ends of a similar crossbar 45 which extends behind the bracket 38. During use, the recoil forces are transmitted to the crossbars 43 and 45 so that the flexible rods 44 are under tension as soon as the pressure piston 40 is operated to bring the second component 37 into contact with the first component 36. Therefore, no recoil forces are transmitted to the frame or the substructure of the device. It should be made clear that the contact plane between the components 36 and 37 contains the longitudinal axis of the drive rod 13.

Wenn eine Schweißung ausgeführt werden soll, wird die Vorrichtung mit zueinander fluchtenden exzentrischen Zapfen 27 und 32 betrieben. Dies bewirkt, daß die Triebstange 13 sich hin- und herbewegt und Reibungshitze zwischen den Komponenten 36 und 37 erzeugt wird. Wenn die aneinandergrenzenden Flächen der Komponenten die gewünschte Temperatur erreicht haben, wird die Hülse 35 schnell in axialer Richtung verschoben. Dies bewirkt, daß sich die Welle 34 um eine halbe Umdrehung relativ zu der Welle 29 verdreht, so daß die exzentrischen Zapfen 27 und 32 exakt gegenphasig werden. Wenn dies geschehen ist, werden die durch die vergrößerten Teilstücke 11 und 20 auf den Triebstangen 9 und 16 hervorgerufenen lokalen Veränderungen des Volumens in den Kammern exakt ausgeglichen durch die lokalen Veränderungen im Volumen durch die vergrößerten Teilstücke auf den Triebstangen 10 und 17, so daß die Kolben 14 und 19 stationär verbleiben. Die relative Bewegung zwischen der ersten und der zweiten Komponente endet und sie werden zusammengeschweißt. Falls benötigt kann eine zusätzliche Kraft mit Hilfe des Druckkolbens 40 zum festeren Zusammenpressen der Komponenten aufgebracht werden, sobald die Relativbewegung zwischen den Komponenten beendet ist, jedoch wird die Ausübung einer zusätzlichen Kraft wahrscheinlich unnötig sein.When a weld is to be made, the device is operated with the eccentric pins 27 and 32 aligned. This causes the drive rod 13 to move back and forth and generate frictional heat between the components 36 and 37. When the abutting surfaces of the components have reached the desired temperature, the sleeve 35 is rapidly displaced in the axial direction. This causes the shaft 34 to rotate one-half turn relative to the shaft 29 so that the eccentric pins 27 and 32 become exactly out of phase. When this has occurred, the local volume changes in the chambers caused by the enlarged portions 11 and 20 on the rods 9 and 16 are exactly balanced by the local volume changes caused by the enlarged portions on the rods 10 and 17, so that the pistons 14 and 19 remain stationary. The relative movement between the first and second components ceases and they are welded together. If required, additional force can be applied by means of the pressure piston 40 to press the components more tightly together once the relative movement between the components has ceased, but the application of additional force will probably be unnecessary.

Es wird erkannt werden, daß, wenn die Hülse 35 sich in einer mittleren Position befindet, die Triebstangen 9 und 16 teilweise gegenphasig zu den Triebstangen 10 und 17 verlaufen und daß die resultierend Bewegung der Kolben 14 und 19 eine einfache harmonische Bewegung, jedoch mit reduzierter Amplitude, verbleibt.It will be appreciated that when the sleeve 35 is in a middle position, the drive rods 9 and 16 are partially out of phase with the drive rods 10 and 17 and that the resulting motion of the pistons 14 and 19 remains a simple harmonic motion, but with reduced amplitude.

Das Gewicht des Gegengewichts 22 ist ein solches, daß die träge Masse des Kolbens 14, der Triebstange 13 und des Trägers 38 durch die träge Masse des Kolbens 19, der Triebstange 18 und des Gegengewichts 22 ausgeglichen ist. Falls gewünscht, kann, um die Masse vollständig auszugleichen, ein dem Gewicht der Komponente 36 entsprechende Masse dem Gegengewicht 22 hinzugeführt werden.The weight of the counterweight 22 is such that the inertial mass of the piston 14, the drive rod 13 and the carrier 38 is balanced by the inertial mass of the piston 19, the drive rod 18 and the counterweight 22. If desired, in order to completely balance the mass, a mass corresponding to the weight of the component 36 can be added to the counterweight 22 should be added.

Die Triebstangen 9 und 16 jedoch bewegen sich, wie die Triebstangen 10 und 17, im Gleichlauf. Um zu ermöglichen, daß diese dynamisch ausbalanciert werden können, ist jede mit einezn Gegengewicht 46 ausgerüstet, welches an einem Ende eines Armes 47 montiert ist, welcher zentral drehbar an 48 gelagert ist und dessen anderes Ende mit dem einen oder dem anderen der Triebstangen 16 und 17 über eine drehbare Verbindung 49 verbunden sind. Die Gegengewichte sind nicht maßstabsgetreu in Fig. 1 dargestellt. Es wird weiterhin bevorzugt, die dargestellte Anordnung in einer solchen Weise zu verändern, daß die zentralen Drehpunkte 48 der Arme 47 der Gegengewichte 46 koaxial sind und daß die Schwerpunkte der Gegengewichte sich in parallelen Ebenen bewegen, wobei jede Ebene ebenfalls die Zentralebene eines der Zentralkörper 23 und 31 enthält. Daher kann jedes der Gegengewichte 36 als oberhalb der Ebene der geschnitten dargestellten Teile von Fig. 1 gedacht werden. Um die Symmetrie der Konstruktion zu erhöhen, ist vorzugsweise jede der Triebstangen 16 und 17 mit zwei gleichartigen Gegengewichten ausgestattet, wobei jedes dem Gegengewicht 46 gleichartig ist, jedoch eins oberhalb der Ebene der geschnitten dargestellten Teile in Fig. 1 und das andere symmetrisch unterhalb dieser Ebene liegt. Auf diesem Wege liegt der gemeinsame Schwerpunkt der beiden Gegengewichte für die Triebstange 16 ständig auf der Achse der Triebstange 16. Gleichartig liegt der gemeinsame Schwerpunkt der zwei Gegengewichte für die Triebstange 17 ständig auf der Achse der Triebstange 17.The drive rods 9 and 16, however, like the drive rods 10 and 17, move in unison. To enable them to be dynamically balanced, each is equipped with a counterweight 46 mounted at one end of an arm 47 which is centrally pivoted at 48 and whose other end is connected to one or the other of the drive rods 16 and 17 via a pivotal connection 49. The counterweights are not shown to scale in Fig. 1. It is further preferred to modify the arrangement shown in such a way that the central pivot points 48 of the arms 47 of the counterweights 46 are coaxial and that the centers of gravity of the counterweights move in parallel planes, each plane also containing the central plane of one of the central bodies 23 and 31. Therefore, each of the counterweights 36 can be thought of as being above the plane of the sectioned parts of Fig. 1. To increase the symmetry of the construction, preferably each of the drive rods 16 and 17 is equipped with two similar counterweights, each being similar to the counterweight 46, but one above the plane of the sectioned parts in Fig. 1 and the other symmetrically below this plane. In this way, the common center of gravity of the two counterweights for the drive rod 16 is always on the axis of the drive rod 16. Similarly, the common center of gravity of the two counterweights for the drive rod 17 is always on the axis of the drive rod 17.

Sobald Reibungshitze in der oben beschriebenen Art erzeugt wird, gibt es zyklische Veränderungen im Reibungswiderstand; weiterhin neigt der Reibungswiderstand zu einen beträchtlichen Veränderung, sobald die Amplitude der Hin- und Herbewegung fortschreitend auf Null reduziert wird, kurz bevor die Verschweißung bewirkt wird. Zusätzlich variiert die kinetische Energie jedes der sich hin- und herbewegenden Teile von einem Minimum am Ende eines jeden Hubs zu einem Maximum in der Mitte eines jeden Hubs. Zur Minimierung dieser Effekte bilden die Schwungräder 28 und 33 einen Energiespeicher, von welchein Endergie zugeführt oder welcher selbst Energie aufnehmen kann, beides wie es durch die Veränderungen des Reibungswiderstandes benötigt wird und wie es durch Veränderungen der kinetischen Energie der sich hinund herbewegegenden Teile benötigt wird. Das Vorhandensein der Schwungräder hilft daher, zyklische Veränderungen der Winkelgeschwindigkeit zu reduzieren, welche neigen aufzutreten, wenn kinetische Energie zwischen hin- und hergehenden und rotierenden Teilen ausgetauscht wird. In der Praxis ist es jedoch wahrscheinlich, daß leichte Veränderungen in der Rotationsgeschwindigkeit der Schwungräder und daher in der Frequenz der Hin- und Herbewegungen auftreten; jedoch hat dies normalerweise keinen wesentlichen Einfluß auf den Verschweißrozeß. Andererseits ermöglicht es die Verwendung eines weniger leistungsfähigen Motors 30 als benötigt würde, wenn keine Schwungräder vorgesehen wären.As soon as frictional heat is generated in the manner described above, there are cyclical changes in the frictional resistance; further, the frictional resistance tends to change considerably as the amplitude of the reciprocating motion is progressively reduced to zero just before welding is effected. In addition, the kinetic energy of each of the reciprocating parts varies from a minimum at the end of each stroke to a maximum in the middle of each stroke. To minimize this effects, the flywheels 28 and 33 form an energy store from which energy can be supplied or which can itself absorb energy, both as required by the changes in frictional resistance and as required by changes in the kinetic energy of the reciprocating parts. The presence of the flywheels therefore helps to reduce cyclic changes in angular velocity which tend to occur when kinetic energy is exchanged between reciprocating and rotating parts. In practice, however, slight changes in the speed of rotation of the flywheels and hence in the frequency of the reciprocating movements are likely to occur; however, this does not normally have any significant effect on the welding process. On the other hand, it enables the use of a less powerful motor 30 than would be required if no flywheels were provided.

Es wird aus Fig. 2 erkennbar sein, daß der Schwerpunkt des exzentrischen Zapfens 27 und des Gleitblocks 25,26 an einem in Bezug zur Rotationsachse der Antriebswelle 29 exzentrischen Punkt liegt. Um dieses zu kompensieren wird vorzugsweise die Form der Schwungräder 28 derart modifiziert, daß ihr gemeinsamer Schwerpunkt ebenfalls in Bezug auf die Rotationsachse der Antriebswelle 29 exzentrisch, jedoch diametral gegenüberliegend zu dem Schwerpunkt des exzentrischen Zapfens und des Gleitblocks ist. Die notwendige Modifikation kann in einer Hinzunahme geeignet positionierter Gewichte zum Umfang der Schwungräder oder in einer Entfernung von Material von den Schwungrädern bestehen. Das Letztere wird bevorzugt. Genau das gleiche Mittel wird bei den Schwungrädern 33 angewendet, um den Zapfen 32 und den ihm zugeordneten Gleitblock 31 auszubalancieren.It will be seen from Fig. 2 that the center of gravity of the eccentric pin 27 and the sliding block 25,26 is at a point eccentric with respect to the axis of rotation of the drive shaft 29. To compensate for this, it is preferable to modify the shape of the flywheels 28 so that their common center of gravity is also eccentric with respect to the axis of rotation of the drive shaft 29, but diametrically opposite to the center of gravity of the eccentric pin and the sliding block. The necessary modification may consist in adding suitably positioned weights to the periphery of the flywheels or in removing material from the flywheels. The latter is preferred. Exactly the same means is used with the flywheels 33 to balance the pin 32 and its associated sliding block 31.

Ein Problem, welches bei der Verwendung der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Vorrichtung auftreten kann, ist, daß die Bewegung des Gegengewichts 22 nicht exakt gegenphasig in Bezug auf die Bewegung der Triebstange 13 ablaufen kann. Um dieses Problem vollständig zu vermeiden, kann es bisweilen vorteilhaft sein, eine veränderte Ausführungsform der Vorrichtung zu verwenden, in der Art, wie sie in den Fig. 3 und 4 dargestellt ist. Ein Teil dieser Vorrichtung ist gleichartig zu jener in den Fig. 1 und 2 gezeigten, und gleichartige Teile sind mit denselben Bezugszeichen versehen. In der in den Fig. 3 und 4 gezeigten Vorrichtung jedoch ist die Ausbalancierungseinrichtung 2 fortgelassen und durch eine andere Ausführungs form einer Ausbalancierungseinrichtung ersetzt worden, die nun beschrieben werden soll.A problem that can occur when using the device shown in Fig. 1 and 2 is that the movement of the counterweight 22 cannot be exactly in phase opposition to the movement of the drive rod 13. In order to completely avoid this problem, it can sometimes be be advantageous to use a modified embodiment of the device, in the manner shown in Figs. 3 and 4. Part of this device is similar to that shown in Figs. 1 and 2, and similar parts are provided with the same reference numerals. In the device shown in Figs. 3 and 4, however, the balancing device 2 has been omitted and replaced by another embodiment of a balancing device, which will now be described.

Ein Biegebalken 50 ist an der Triebstange 13 befestigt und hat Blöcke 51 und 52 an seinen äußeren Enden. Jeder dieser Blökke ist mit einer zugeordneten Balancierungseinrichtung gekoppelt. Da beide Balancierungseinrichtungen gleichartig zueinander sind, wird nur eine von ihnen - diejenige die dem Block 51 zugeordnet ist - beschrieben werden. Die Balancierungseinrichtung umfaßt einen flexiblen Metallschenkel, der an einem Ende an dem Block 51 und an dem anderen Ende an dem Block 54, welcher an einem Ende eines Wippenbalkens 55 befestigt ist, verankert ist. Der Wippenbalken 25 ist um einen zentralen Lagerzapfen 56, welcher an einem feststehenden Teil der Vorrichtung (nicht gezeigt) montiert ist, rotierbar. An seinem äußeren Ende trägt der Wippenbalken einen Block 57, an welchem ein Ende eines flexiblen Metallschenkels 58 verankert ist. Das andere Ende des Schenkels 58 ist an einem Gegengewicht 59 verankert, welches verschiebbar in Öffnungen in feststehenden Führungsplatten 60 montiert ist.A bending beam 50 is attached to the drive rod 13 and has blocks 51 and 52 at its outer ends. Each of these blocks is coupled to an associated balancing device. Since both balancing devices are similar to each other, only one of them - the one associated with block 51 - will be described. The balancing device comprises a flexible metal leg anchored at one end to block 51 and at the other end to block 54 which is attached to one end of a seesaw beam 55. The seesaw beam 25 is rotatable about a central bearing pin 56 which is mounted on a fixed part of the device (not shown). At its outer end, the seesaw beam carries a block 57 to which one end of a flexible metal leg 58 is anchored. The other end of the leg 58 is anchored to a counterweight 59, which is movably mounted in openings in fixed guide plates 60.

Während der Verwendung, wenn sich die Triebstange hinund herbewegt, oszillieren die Wippenbalken 55 um ihre Lagerzapfen 56 und es wird bewirkt, daß das Gegengewicht 59 entlang eines gradlinigen Weges, der parallel zur Verlagerung der Triebstange verläuft, hin- und hergeht. Wenn sich die Triebstange 13 in eine Richtung bewegt, bewegen sich die Gegengewichte in die andere. Die Verwendung von flexiblen Schenkeln 53 und 58 ermöglicht es, die Anzahl von drehbaren Verbindungen drastisch zu reduzieren; dies ist sehr wünschenswert, da jede dieser Verbindungen während des Gebrauchs mit wiederkehrenden und schnell ihre Richtung umkehrenden schweren Lasten beaufschlagt würde.During use, as the drive rod reciprocates, the rocker beams 55 oscillate about their pivots 56 and the counterweight 59 is caused to reciprocate along a rectilinear path parallel to the displacement of the drive rod. As the drive rod 13 moves in one direction, the counterweights move in the other. The use of flexible legs 53 and 58 enables the number of pivoting links to be drastically reduced; this is very desirable since each of these links can be pivoted during the use would be subjected to recurring and rapidly reversing heavy loads.

Jede der Triebstangen 16 und 17 ist ebenfalls mit seinen eigenen Ausbalancierungsmitteln ausgestattet. Da ihre Konstruktion und ihre Wirkungsweise identisch sind, wird nur jenes, welches der Triebstange zugeordnet ist, beschrieben, wie es ein wenig schematisch in Fig. 4 dargestellt ist. Die Triebstange 16 ist mit einer oberen und unteren Balancierungseinrichtung 61 und 62 ausgestattet, und da sie von gleichartiger Bauart sind, wird nur die obere Balancierungseinrichtung 61 beschrieben. Sie umfaßt einen zentral gelagerten Wippenbalken 63 gleichartig dem Wippenbalken 55. Ein Ende des Wippenbalkens ist mit der Triebstange 16 über einen, dem Schenkel 53 gleichartigen flexiblen Metallschenkel 64 verbunden und das andere Ende des Wippenbalkens ist mit dem Gegengewicht 65 mittels einem dem Schenkel 58 gleichartigen flexiblen Metallschenkel 66 verbunden. Das Gegengewicht 65 ist dem Gegengewicht 59 gleichartig und ist verschiebbar in fluchtenden Öffnungen in feststehenden Führungsplatten 67, gleichartig zu der feststehenden Führungsplatte 60, angeordnet. Wenn sich während des Gebrauchs die Triebstange 16 hin- und herbewegt, bewegt sich das Gegengewicht in sich ergänzender Weise hin und her, jedoch ist seine Hin- und Herbewegung 180º phasenverschoben von derjenigen der Triebstange.Each of the drive rods 16 and 17 is also equipped with its own balancing means. Since their construction and operation are identical, only that associated with the drive rod will be described, as shown somewhat schematically in Fig. 4. The drive rod 16 is equipped with upper and lower balancing devices 61 and 62, and since they are of similar construction, only the upper balancing device 61 will be described. It comprises a centrally mounted rocker beam 63 similar to the rocker beam 55. One end of the rocker beam is connected to the drive rod 16 via a flexible metal leg 64 similar to the leg 53, and the other end of the rocker beam is connected to the counterweight 65 by means of a flexible metal leg 66 similar to the leg 58. The counterweight 65 is similar to the counterweight 59 and is slidably mounted in aligned openings in fixed guide plates 67 similar to the fixed guide plate 60. During use, when the drive rod 16 reciprocates, the counterweight reciprocates in a complementary manner, but its reciprocating motion is 180º out of phase with that of the drive rod.

Am Ende eines jeden Verschweißvorgangs kann es nötig oder wünschenswert sein, jeden der Kolben 14 und 19 zu zentrieren für den Fall, daß er sich etwas von seiner korrekten Grundposition verschoben hat. Eine Zentriereinrichtung derart, wie sie in Fig. 5 dargestellt ist, kann für diesen Zweck verwendet werden. Die Zentriereinrichtung wird für den Kolben 14 verwendet. Eine gleichartige Zentriereinrichtung kann für den Kolben 19 verwendet werden, sofern eine Balanciereinrichtung vorgesehen ist. Die Kolbenstange 13 ist außerhalb des Gehäuses 3 mit einem lateral überstehenden Anschlag 68 ausgestattet. Zwei hydraulische Kolben- und Zylindereinheiten 69 und 70 sind vorgesehen, eine auf jeder Seite des Anschlags. Die Zylinder der Einheiten sind relativ zum Unterbau oder zum Gestell der Vorrichtung (nicht gezeigt) feststehend. Während der Reibungserzeugung von Hitze werden die Kolbenstangen 71 bzw. 72 der Einheiten durch ihre Kolben mitgezogen um eine freie Hin- und Herbewegung des Anschlags 68 zu erlauben. Wenn die Hin- und Herbewegung jedoch beendet ist, werden die Kolbenstangen vorgeschoben und plazieren den Anschlag zwischen ihren Enden. Die von der Kolbenstange 72 ausgeübte Kraft ist größer als diejenige, die von der Kolbenstange 71 ausgeübt wird, jedoch ist die Verschiebung der Stange 72 durch einen Spindelring 73 von vorbestimmter axialer Länge begrenzt. Dadurch ist die Lage der Stange 72 durch den Spindelring bestimmt, wobei der Anschlag 68 in Kontakt mit der Stange 72 durch die von Stange 71 ausgeübte geringere Kraft gebracht wird (wenn nicht bereits mit ihm in Kontakt). Alternativ oder zusätzlich kann die Kolbenstange 13 mit einem Querloch kreisförmigen Querschnitts versehen sein, welches eine zylindrische Einlaßöffnung, eine zylindrische Auslaßöffnung eines kleineren Durchmessers als die Einlaßöffnung und einen sich zwischen ihnen erstreckenden konischen (frusto conical) Zentralbereich umfaßt. Ein zentrierender Dorn von zu dem Loch komplementärer Form ist in das Loch eingesetzt und zentriert die Triebstange 13, sobald er axial in seine Endlage bewegt wird.At the end of each welding operation, it may be necessary or desirable to center each of the pistons 14 and 19 in case it has moved slightly from its correct home position. A centering device such as that shown in Fig. 5 can be used for this purpose. The centering device is used for the piston 14. A similar centering device can be used for the piston 19, provided a balancing device is provided. The piston rod 13 is provided with a laterally projecting stop 68 outside the housing 3. Two hydraulic piston and cylinder units 69 and 70 are provided, one on each side of the stop. The cylinders of the units are fixed relative to the base or frame of the device (not shown). During the frictional generation of heat, the piston rods 71 and 72 of the units are pulled along by their pistons to allow free reciprocating movement of the stop 68. However, when the reciprocating movement is terminated, the piston rods are advanced and place the stop between their ends. The force exerted by the piston rod 72 is greater than that exerted by the piston rod 71, but the displacement of the rod 72 is limited by a spindle ring 73 of predetermined axial length. Thus, the position of the rod 72 is determined by the spindle ring, the stop 68 being brought into contact with the rod 72 (if not already in contact with it) by the lesser force exerted by the rod 71. Alternatively or additionally, the piston rod 13 may be provided with a transverse hole of circular cross-section comprising a cylindrical inlet opening, a cylindrical outlet opening of smaller diameter than the inlet opening and a conical (frusto conical) central region extending between them. A centering mandrel of complementary shape to the hole is inserted into the hole and centers the drive rod 13 as soon as it is moved axially to its end position.

Um eine nötige Zentrierbewegung der Triebstange 13 zu ermöglichen, die durch die Einheiten 69 un 70 oder durch den Zentrierdorn erzielbar ist, ist es nötig für einen freien Fluß von Hydraulikflüssigkeit in oder aus den Kammern 7 und 8 zu sorgen. Während es ausreichend sein kann lediglich einen Fluß von Flüssigkeit in oder aus jeder der Kammern in dem relativ geringen Maß in Betracht zu ziehen, wie es aus dem Zentrieren der Triebstange resultieren kann, ist es in Betracht zu ziehen, daß die Gelegenheit genutzt werden kann um die gesamte oder einen großen der Teil der Flüssigkeit in jeder Kammer durch frische Flüssigkeit zu ersetzen. Der Grund hierfür ist, daß es während jedes Schweißverfahrens wahrscheinlich ist, daß die Hydraulikflüssigkeit erhitzt wird und einen Austausch mit kalter Flüssigkeit vor dem nächsten Schweißvorgang benötigen wird.In order to allow the necessary centering movement of the drive rod 13, which can be achieved by the units 69 and 70 or by the centering mandrel, it is necessary to provide for a free flow of hydraulic fluid into or out of the chambers 7 and 8. While it may be sufficient to allow only the relatively small flow of fluid into or out of each of the chambers as may result from the centering of the drive rod, it is to be envisaged that the opportunity may be taken to replace all or a large part of the fluid in each chamber with fresh fluid. The reason for this is that during any welding operation the hydraulic fluid is likely to be heated. and will require replacement with cold fluid before the next welding operation.

Welche dieser Anordnungen in Verbindung mit dem Kolben 14, der Triebstange 13 und den Kammern 57 und 8 angenommen wird, eine gleichartige Anordnung wird vorzugsweise zusätzlich in Verbindung mit den entsprechenden Teilen der Ausbalancierungseinrichtung, wenn diese vorgesehen ist, verwendet.Whichever of these arrangements is adopted in connection with the piston 14, the drive rod 13 and the chambers 57 and 8, a similar arrangement is preferably also used in connection with the corresponding parts of the balancing device, if provided.

Ein alternativer Mechanismus zur Justierung der Phase zwischen den Exzentern ist in Fig. 6 dargestellt, wobei dieser Mechanismus mindestens zwei Vorteile aufweist, von denen einer ist, daß die Justiereinrichtung nicht zwischen den Exzentern angeordnet ist und sie dadurch mehr Freiheit in ihrer Ausgestaltung erlaubt, und der andere ist, daß der weiter vom Motor entfernte Exzenter selbst nicht von dem anderen Exzenter angetrieben wird.An alternative mechanism for adjusting the phase between the eccentrics is shown in Fig. 6, this mechanism has at least two advantages, one of which is that the adjusting device is not located between the eccentrics, thus allowing more freedom in its design, and the other is that the eccentric further from the motor is not itself driven by the other eccentric.

Bei den in Fig. 6 etwas bildlich dargestellten Mechanismus treibt der Motor 30 eine Welle 74 an, welche an ihrem entfernten Ende ein Paar beabstandeter Schwungräder 75, welche zu den Schwungrädern 33 äquivalent sind, trägt sowie einen Exzenter 76 mit einem exzentrischen Bohrloch. Der Exzenter 76 ist auf der Welle 74 festgekeilt und ist äquivalent zu dem exzentrischen Dorn 32. Eine röhrenförmige Hülse 77 ist ebenfalls auf der Welle 74 montiert, jedoch ist sie relativ zu der Welle drehbar. Ein Paar von beabstandeten Schwungrädern 78 ist mit der Hülse nahe eines ihrer Enden verkeilt, und zwischen ihnen ist ein dem exzentrischen Dorn 27 gleichwertiger Exzenter 79 mit der Hülse verkeilt. Der dem Motor 30 näher gelegene Endbereich der Hülse 77 ist senkgebohrt, so daß ein zylindrischer Zwischenraum zwischen diesem Teil der Hülse und der Welle 74 verbleibt. Ein axial verlagerbarer Ring 80 ist in dem Zwischenraum untergebracht. Die Senkbohrung der Hülse ist mit einer schraubenförmigen Verzahnung ausgestattet, welche in die komplementären Einkerbungen in der Umfläche des Ringes 80 eingreifen. Der angrenzende Teil der Welle 74 ist entweder mit einer längsförmigen Verzahnung versehen oder mit einer schraubenförmigen Verzahnung des anderen Sinnes, wobei die Verzahnung in komplementäre Nuten in der Bohrung des Ringes eingreifen.In the mechanism somewhat illustrated in Fig. 6, the motor 30 drives a shaft 74 which carries at its distal end a pair of spaced flywheels 75 equivalent to the flywheels 33 and an eccentric 76 having an eccentric bore. The eccentric 76 is keyed to the shaft 74 and is equivalent to the eccentric mandrel 32. A tubular sleeve 77 is also mounted on the shaft 74 but is rotatable relative to the shaft. A pair of spaced flywheels 78 are keyed to the sleeve near one of its ends and between them an eccentric 79 equivalent to the eccentric mandrel 27 is keyed to the sleeve. The end portion of the sleeve 77 nearest the motor 30 is counterbored so that a cylindrical space remains between that portion of the sleeve and the shaft 74. An axially displaceable ring 80 is accommodated in the intermediate space. The counterbore of the sleeve is provided with a helical toothing which engages in the complementary notches in the peripheral surface of the ring 80. The adjacent part of the shaft 74 is either provided with a longitudinal toothing or with a helical Toothing of the other sense, whereby the teeth engage in complementary grooves in the bore of the ring.

Daher wird erkannt werden, daß, sofern sich der Ring 80 in einer bestimmten axialen Position auf der Welle 74 befindet, die Exzenter 76 und 79 in einem festen Winkelverhältnis befinden, jedoch das Winkelverhältnis zwischen den Exzentern verändert wird, wenn der Ring axial auf der Welle verlagert wird.Therefore, it will be appreciated that when the ring 80 is in a particular axial position on the shaft 74, the eccentrics 76 and 79 are in a fixed angular relationship, but the angular relationship between the eccentrics is changed as the ring is displaced axially on the shaft.

Eine hydraulische Kolben- und Zylindereinheit (nicht gezeigt) wird für die axiale Verlagerung des Rings 80 und somit zum Wechseln der relativen Winkelbeziehung zwischen den Exzentern verwendet. Die Verbindung zwischen dem Ring und der Einheit ist selbstverständlich eine solche, die eine Rotation des Ringes erlaubt.A hydraulic piston and cylinder unit (not shown) is used to axially displace the ring 80 and thus change the relative angular relationship between the eccentrics. The connection between the ring and the unit is, of course, such that it allows rotation of the ring.

Bei jeder der hierin beschriebenen Ausführungsform der Vorrichtung ist es bevorzugt vorzusehen, daß die Hydraulikflüssigkeit in den Kammern unter Druck steht, zumindest während in Betrieb befindlicher Vorrichtung. In Folge der Trägheits- und Reibungskräfte die auf die Triebstange 13 und den Kolben 14 wirken oder übertragen werden, schwankt der Druck in jeder der Kammern 7 und 8 erheblich während jeden Hubs. Das Unter-Druck-Setzen der Flüssigkeit sichert, daß der Druck in jeder Kammer positiv bleibt. Nach jedem ausgeführten Schweißvorgang wird vorzugsweise der Druck der Flüssigkeit auf Athmosphärendruck reduziert und der Flüssigkeit ermöglicht, unbeschränkt in die Kammern hinein und aus den Kammern herauszufließen. Dies ermöglicht eine Wiederzentrierung der Triebstange 13 zu bewirken, wie oben unter Bezugnahme zu Fig. 5 beschrieben. Weiterhin wird bevorzugt, nach jedem durchgeführten Schweißvorgang, die Flüssigkeit aus den Kammern zu entleeren und diese mit frischer Flüssigkeit wieder aufzufüllen. Diese kann aus im Vorangegangenen nicht gebrauchter Flüssigkeit bestehen oder diese enthalten, jedoch besteht die Flüssigkeit vorzugsweise zu einem überwiegenden Teil oder gänzlich aus dem im Vorangegangenen gebrauchter Flüssigkeit, welche gekühlt, gefiltert oder anderweitig behandelt wurde.In any of the embodiments of the device described herein, it is preferred to provide that the hydraulic fluid in the chambers is pressurized, at least while the device is in operation. Due to the inertia and friction forces acting on or transmitted to the drive rod 13 and the piston 14, the pressure in each of the chambers 7 and 8 fluctuates considerably during each stroke. Pressurizing the fluid ensures that the pressure in each chamber remains positive. After each welding operation is performed, the pressure of the fluid is preferably reduced to atmospheric pressure and the fluid is allowed to flow freely into and out of the chambers. This enables re-centering of the drive rod 13 to be effected, as described above with reference to Fig. 5. Furthermore, it is preferred to empty the liquid from the chambers after each welding process and to refill them with fresh liquid. This can consist of or contain previously unused liquid, but the liquid preferably consists predominantly or entirely of previously used liquid which has been cooled, filtered or otherwise treated.

Wenn die die Erfindung verkörpernde Vorrichtung im Gebrauch ist, ist es wahrscheinlich, daß die von ihr zur Erzeugung von Reibungshitze zum Schweißen benötigte Zeitdauer nicht länger als einige Sekunden ist. Es wird erwartet, daß die Zeitdauer nicht länger als 15 Sekunden oder höchstens 20 Sekunden ist. Dennoch gibt es wahrscheinlich einen Verlust von Hydraulikflüssigkeit aus einer oder mehrerer der Kammern, sofern nicht geeignete Schritte dagegen unternommen werden. Ein Weg dieses Problem zu vermeiden oder zumindest zu verringern ist, die Kammern in konventioneller Weise mit Dichtungsringen, welche die hin- und hergehenden Teile durchlaufen, abzudichten. Eine solche Anordnung ist schematisch in Fig. 1 dargestellt, wobei an jeder Stelle, an der ein hin- und hergehendes Teil durch ein Loch in einem feststehenden Teil hindurchläuft, ein ringförmiger Dichtungsring vorhanden ist. Alternativ können an jeder Stelle, an denen die Kolben 14 und 19 angeordnet sind oder an denen eine der Triebstangen 9,10,13,16,17 und 18 sich durch ein Loch in einer Wand einer der Kammern hindurch erstrecken, eine gewellte, axialen Druck und Ausdehnung zulassende Hülse vorgesehen sein, wobei ein Hülsenende mit der Kammerwand abgedichtet ist und das andere Hülsenende je nachdem mit dem Kolben oder der Triebstange abgedichtet ist. Eine weitere Möglichkeit, die durch den Verlust hervorgerufenen Probleme zu überwinden oder zu reduzieren ist, eine Quelle für unter Druck stehende Hydraulikflüssigkeit für jede der Kammern vorzusehen und es dieser zu ermöglichen, die zugeordnete Kammer entweder durch ein Einwegventil oder durch einen Durchflußkanal mit einem hohen Strömungswiderstand, wie einem feinen Kapillarrohr, hineinzukommen. In jedem Fall würde eine Verringerung des Flüssigkeitsdrucks in einer Kammer infolge eines Verlusts zum Einführen von Flüssigkeit in diese Kammer führen, um die Flüssigkeit zu ersetzen, die ausgelaufen war. Eine Leckage innerhalb der Einrichtung zur Erzeugung einer hin- und hergehenden Bewegung 1 kann teilweise durch die vollständige Entfernung des Teils der Triebstange verhindert werden, welches sich zwischen den vergroßerten Teilstücken 11 erstreckt, und entsprechend durch das vollständige Entfernen des Teils der Triebstange 10, welcher sich zwischen den gleichartig vergrößerten Teilstücken der Triebstange 10 erstrecken. Die Löcher in der Trennwand 6, durch welche sich jene Teile der Triebstangen 9 und 10 erstrecken, werden verschlossen, und die vergrößerten Teilstücke 11 werden außerhalb des Gehäuses starr miteinander verbunden, wobei die gleichartig vergrößerten Teilstücke der Triebstange 10 entsprechend verbunden werden. Die vergrößerten Teilstücke 11 werden somit gezwungen sich in Gleichlauf zu bewegen und entsprechend werden die vergrößerten Teilstücke der Triebstange 10 ebenso gezwungen, sich in Gleichlauf zu bewegen, jedoch nicht mehr durch die sich durch die Trennwand 6 erstreckenden Triebstangen 9 und 10. Die Durchmesser der vergrößerten Teilstücke sind reduziert, um so das Entfernen der sie vorher verbindenden Teile der Triebstangen zu kompensieren.When the apparatus embodying the invention is in use, the time required by it to generate frictional heat for welding is likely to be no more than a few seconds. It is expected that the time will be no more than 15 seconds or 20 seconds at the most. Nevertheless, there is likely to be a loss of hydraulic fluid from one or more of the chambers unless suitable steps are taken to prevent this. One way of avoiding, or at least reducing, this problem is to seal the chambers in a conventional manner with sealing rings passing through the reciprocating members. Such an arrangement is shown schematically in Fig. 1, with an annular sealing ring present at each location where a reciprocating member passes through a hole in a fixed member. Alternatively, at each location where the pistons 14 and 19 are located or where any of the drive rods 9, 10, 13, 16, 17 and 18 extend through a hole in a wall of one of the chambers, a corrugated sleeve permitting axial compression and expansion may be provided, one sleeve end being sealed to the chamber wall and the other sleeve end being sealed to the piston or drive rod as the case may be. Another way of overcoming or reducing the problems caused by the loss is to provide a source of pressurized hydraulic fluid for each of the chambers and to allow it to enter the associated chamber either through a one-way valve or through a high resistance flow passage such as a fine capillary tube. In any event, a reduction in fluid pressure in a chamber due to a loss would result in the introduction of fluid into that chamber to replace the fluid which had leaked out. Leakage within the reciprocating motion generating device 1 can be partially prevented by completely removing the part of the drive rod which is located between the enlarged sections 11, and correspondingly by the complete removal of the part of the drive rod 10 which extends between the similarly enlarged sections of the drive rod 10. The holes in the partition 6 through which those parts of the drive rods 9 and 10 extend are closed, and the enlarged sections 11 are rigidly connected to one another outside the housing, the similarly enlarged sections of the drive rod 10 being correspondingly connected. The enlarged sections 11 are thus forced to move in synchronism and correspondingly the enlarged sections of the drive rod 10 are also forced to move in synchronism, but no longer through the drive rods 9 and 10 extending through the partition 6. The diameters of the enlarged sections are reduced in order to compensate for the removal of the parts of the drive rods which previously connected them.

Die britische Patentanmeldung 2 199 783 offenbart die verwandte Reibungsschweißvorrichtung. Die vorliegende Vorrichtung kann zum Einbau entsprechender Teile dieser früheren Vorrichtung modifiziert werden.British Patent Application 2 199 783 discloses the related friction welding apparatus. The present apparatus can be modified to incorporate corresponding parts of this earlier apparatus.

Claims

1. Device (1) for generating a reciprocating movement for use in a friction welding device,

with first and second chambers (7,8) of variable shape for receiving hydraulic fluid,

and with reciprocating drive means (9,10,11) and reciprocating driven means (13,14), each arranged so that reciprocating movement causes a local change in the volume of the first chamber and a complementary local change in the volume of the second chamber, the arrangement being such that in the absence of other changes in the shape of the chambers and when each chamber contains a fixed volume of hydraulic fluid so that the volume of each chamber remains constant, reciprocating movement of the drive means with any given amplitude causes reciprocating movement of the driven means with a smaller amplitude but with an increased force, the drive means comprising a plurality of individually reciprocating elements (9,10) and being equipped with a reciprocating mechanism (23 to 27,31) which has a moving the elements back and forth at the same frequency with a constant amplitude,

characterized,

that due to a reciprocating movement, each reciprocating element causes a local change in the volume of the first chamber and a complementary local change in the volume of the second chamber

and that the drive means comprise adjustment means (34, 35) which allow adjustment of the relative phase of the reciprocating movement of the elements, whereby the sum of the local changes in volume attributable to the reciprocating movement of the elements of each chamber can be varied downwards to zero.

2. Device for generating a reciprocating movement according to claim 1, characterized by two reciprocating elements (9, 10), each of which is equipped with an associated conversion mechanism (23, 31) which converts the rotation of an associated rotary component (76, 79) into the required reciprocating movement of the respective element, a common rotary coupling (74) being provided for rotating the rotary components and the adjustment means (80) being operable to change the relative angle or rotary position of the rotary components during their rotation.

3. Device for generating a reciprocating movement according to one of the preceding claims, characterized in that it is equipped with a balancing device which comprises a counterweight arrangement (22; 46; 59; 65) and drive means (2; 46 to 49) which move the counterweight arrangement in the opposite direction to the reciprocating movement of a component of the device for generating a reciprocating movement.

4. A device for generating a reciprocating movement according to claim 3, characterized in that the counterweight arrangement (59; 65) is mounted in a manner suitable for a reciprocating movement and is coupled to a reciprocating component (13; 16) of the device for generating a reciprocating movement by the connection via a rotatably mounted rocker arrangement (55; 63) which is connected to the counterweight arrangement and to the reciprocating component by flexible Elements (53,58;64,66) which flex during use and accommodate the relative movement between the rocker assembly and the counterweight assembly and between the rocker assembly and the reciprocating component.

5. A reciprocating motion generating device according to any preceding claim, characterized in that the first and second chambers are arranged on opposite sides of a common partition (6) and that the drive means extend through a hole or holes in that partition.

6. A reciprocating motion generating device according to any preceding claim, characterized in that the first and second chambers are arranged on opposite sides of a common partition (6) and that the driven means extend through a hole in that partition.

7. A reciprocating motion generating device according to any preceding claim, characterized in that the reciprocating motion generating device comprises one or more temporarily operating flywheels (28, 32; 75, 78) which release or absorb energy in the event of changes in frictional resistance between the components to be welded and reduce the cyclical changes in angular velocity which tend to occur when kinetic energy is exchanged between reciprocating and rotating parts.

8. Friction welding apparatus for use in welding together first and second components, characterized in that the friction welding apparatus comprises means for producing a reciprocating movement according to any one of the preceding claims, a first support means (38) for receiving the first component, which is so is coupled to the driven means so that it is moved back and forth by the driven means during operation, comprises a second support means (41) for receiving the second component and means (40) by means of which the second support means can be pressed against the first support means so that during operation the first and second components received by the support means are pressed together.